基于FDM及电射流打印的微纳米结构制造
发布时间：2022-02-13 08:02
微纳米结构制造所面向的对象是在三维空间中,至少有一维处于微米/纳米尺寸的结构,是制造技术在微纳领域的研究热点。FDM式3D打印技术作为一种介观结构的制造技术,具有操作简便、成本低廉等优势,且具有应用于微观结构制造的潜力。电射流打印技术应用电流体动力学原理,可以实现纳米尺度高分子材料的加工制造,且具有广阔的应用前景。本论文从两个角度出发,分别探究基于FDM技术及基于电射流打印技术的微纳结构制造方法,通过对这两种制造技术的理论分析、电射流打印技术的仿真分析及两种制造技术的实验验证方面进行探究,验证两种制造方法在微纳结构制造方面的应用性。本文主要的研究工作与创新之处如下:1.提出基于FDM式3D打印技术的微纳制造方法,根据实验需要定义了打印质量指标,探究FDM打印方法相关打印参数对打印质量的影响。FDM式3D打印技术具有操作简便、制造成本低廉等优势,有进一步挖掘的潜能。2.利用FDM打印技术进行了微米尺度内径喷嘴的制造研究。从理论、仿真与实验的角度进行探究分析,以线材进给速度、打印速度、打印温度及初始层厚度作为FDM打印参数,实现了微米级尺寸内径喷嘴的打印制造与染色测试。所制造的喷嘴以PMM...
【文章来源】：吉林大学吉林省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微纳结构应用实例，（a）荷叶表面疏水性能，（b）荷叶表面微结构，（c）鲨鱼皮表面减摩结构，（d）可应用于泳衣的表面微结构
第1章绪论3控的将液体材料打印到基底上[10]。如图1.2所示，是常见的电流体动力学喷雾模式。电射流效应是指，在高压电场中，打印喷针内的液体电荷迁移之后聚集在液体的表面，由于液体表面张力、电场剪切力、液体粘滞力等的综合作用，液体材料在喷针处形成直径远小于喷针内径的射流[11]。通过控制打印喷针按照一定的运动轨迹移动，将液体材料的射流打印到基底上，进而实现增材制造[12,13]。图1.2电流体动力学打印的不同打印模式9EHD打印技术与传统的喷墨打印技术有一些区别。首先，EHD打印技术运用到了电场，喷针内的液体打印材料受到静电力的作用，以被“拉”的形式从喷针处射出，而传统的喷墨打印等技术是依靠喷嘴后端提供的压力将液体“挤”出喷嘴的[14]。其次，打印到基底上的线状液体材料的宽度尺寸，往往受到打印喷嘴的内径尺寸限制。用传统的喷墨打印方式，在喷嘴内径极小时，往往需要在喷嘴后端提供很大的压力或者无法实现液体的挤出；EHD打印技术正是由于打印过程中涉及到的电场力，可以与打印液体材料的表面张力、粘滞力等相平衡，进而可以在一定程度上克服小尺寸孔径带来的毛细效应，实现小尺寸内径喷针的液体打樱还有，传统喷墨式打印技术，打印的线状液体材料的宽度一般与所用喷嘴的内径相同或略大；EHD打印技术在电场力的作用下，液体材料在喷针出口处会形成一个倒立的锥状结构，普遍称之为“泰勒锥”，所打印的流体材料为锥状结构顶点
第1章绪论5制造，微纳喷嘴的内径尺寸直接影响到喷射的质量。例如微纳加工中的电射流加工，就会使用到各种微纳喷嘴与喷针等。Shin使用内径为100μm的喷嘴打印60μm宽度的银线[34]。Wei使用内径为38μm的喷嘴打印宽度为10μm的石蜡线[35]。Leo使用内径为10μm的喷嘴打印7μm宽度的银线[36]。An使用内径为1μm的喷嘴打印宽度为0.7μm的铜线[37]。图1.3电射流喷嘴：（a）空心喷嘴[28]，（b）实心喷嘴[33]，（c）带芯喷嘴[31]，（d）同轴喷嘴[32]如图1.4所示，传统的微纳喷嘴制造技术包括微电子放电技术、微电铸技术与准分子激光加工技术等[38-40]。其中微电子放电技术难以制造高分辨率的喷嘴，微电铸技术可重复性很低，准分子激光加工技术的单一机器成本高且缺乏批处理能力。近来兴也起了很多高分子聚合物的微结构制造技术，包括LIGA工艺[41]、热压印[42]和注塑[43]。其中，LIGA光刻工艺的成本依旧很高，热压印的空气残留问题与压力不均匀问题较大，显微注射成型引起的残余应力易导致微结构变形。注塑成型的发展始于30多年前，热塑性聚合物的微成型现在是微装置最有前途的制造技术之一[44]。显微注射成型可以制造体积在毫米范围内的微结构或部件。Shen使用显微注射成型技术，并结合准分子激光技术，制造了具有25μm内径
【参考文献】：
期刊论文
[1]近场电流体动力锥射流微图案化打印方法研究综述[J]. 黄风立,孙权,张礼兵,左春柽,鹿业波. 机电工程技术. 2017(02)
[2]基于FDM聚乳酸3D打印材料的工艺性能研究[J]. 金泽枫,金杨福,周密,马学所,周庭震,钱欣. 塑料工业. 2016(02)
[3]快速成形中层片填充路径的优化处理[J]. 陈青果,刘超颖,张君彩,徐安平. 煤矿机械. 2008(10)
[4]雾化喷嘴及其设计浅析[J]. 王晓倩,张德生,赵继云,张子荣. 煤矿机械. 2008(03)
[5]喷嘴研究发展概述[J]. 张敏健. 电站系统工程. 2008(01)
[6]快速成型技术中的分区扫描路径产生算法[J]. 黄雪梅,牛宗伟,董小娟. 机械设计与研究. 2007(01)
[7]快速制造技术的最新进展及其发展趋势[J]. 颜永年,林峰,张人佶,吴任东,卢清萍,熊卓,王小红. 电加工与模具. 2006(S1)
[8]气压式熔融沉积造型系统工艺参数研究[J]. 陈中中,黄昆. 制造技术与机床. 2003(07)
[9]用于人工骨制造的新型快速成型系统的开发及其工艺参数研究[J]. 陈中中,李涤尘,卢秉恒. 机床与液压. 2003(03)
[10]FDM工艺精度分析与正交试验设计[J]. 邹国林,贾振元,郭东明,赵福令. 电加工与模具. 2001(04)
本文编号：3622822
【文章来源】：吉林大学吉林省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微纳结构应用实例，（a）荷叶表面疏水性能，（b）荷叶表面微结构，（c）鲨鱼皮表面减摩结构，（d）可应用于泳衣的表面微结构
第1章绪论3控的将液体材料打印到基底上[10]。如图1.2所示，是常见的电流体动力学喷雾模式。电射流效应是指，在高压电场中，打印喷针内的液体电荷迁移之后聚集在液体的表面，由于液体表面张力、电场剪切力、液体粘滞力等的综合作用，液体材料在喷针处形成直径远小于喷针内径的射流[11]。通过控制打印喷针按照一定的运动轨迹移动，将液体材料的射流打印到基底上，进而实现增材制造[12,13]。图1.2电流体动力学打印的不同打印模式9EHD打印技术与传统的喷墨打印技术有一些区别。首先，EHD打印技术运用到了电场，喷针内的液体打印材料受到静电力的作用，以被“拉”的形式从喷针处射出，而传统的喷墨打印等技术是依靠喷嘴后端提供的压力将液体“挤”出喷嘴的[14]。其次，打印到基底上的线状液体材料的宽度尺寸，往往受到打印喷嘴的内径尺寸限制。用传统的喷墨打印方式，在喷嘴内径极小时，往往需要在喷嘴后端提供很大的压力或者无法实现液体的挤出；EHD打印技术正是由于打印过程中涉及到的电场力，可以与打印液体材料的表面张力、粘滞力等相平衡，进而可以在一定程度上克服小尺寸孔径带来的毛细效应，实现小尺寸内径喷针的液体打樱还有，传统喷墨式打印技术，打印的线状液体材料的宽度一般与所用喷嘴的内径相同或略大；EHD打印技术在电场力的作用下，液体材料在喷针出口处会形成一个倒立的锥状结构，普遍称之为“泰勒锥”，所打印的流体材料为锥状结构顶点
第1章绪论5制造，微纳喷嘴的内径尺寸直接影响到喷射的质量。例如微纳加工中的电射流加工，就会使用到各种微纳喷嘴与喷针等。Shin使用内径为100μm的喷嘴打印60μm宽度的银线[34]。Wei使用内径为38μm的喷嘴打印宽度为10μm的石蜡线[35]。Leo使用内径为10μm的喷嘴打印7μm宽度的银线[36]。An使用内径为1μm的喷嘴打印宽度为0.7μm的铜线[37]。图1.3电射流喷嘴：（a）空心喷嘴[28]，（b）实心喷嘴[33]，（c）带芯喷嘴[31]，（d）同轴喷嘴[32]如图1.4所示，传统的微纳喷嘴制造技术包括微电子放电技术、微电铸技术与准分子激光加工技术等[38-40]。其中微电子放电技术难以制造高分辨率的喷嘴，微电铸技术可重复性很低，准分子激光加工技术的单一机器成本高且缺乏批处理能力。近来兴也起了很多高分子聚合物的微结构制造技术，包括LIGA工艺[41]、热压印[42]和注塑[43]。其中，LIGA光刻工艺的成本依旧很高，热压印的空气残留问题与压力不均匀问题较大，显微注射成型引起的残余应力易导致微结构变形。注塑成型的发展始于30多年前，热塑性聚合物的微成型现在是微装置最有前途的制造技术之一[44]。显微注射成型可以制造体积在毫米范围内的微结构或部件。Shen使用显微注射成型技术，并结合准分子激光技术，制造了具有25μm内径
【参考文献】：
期刊论文
[1]近场电流体动力锥射流微图案化打印方法研究综述[J]. 黄风立,孙权,张礼兵,左春柽,鹿业波. 机电工程技术. 2017(02)
[2]基于FDM聚乳酸3D打印材料的工艺性能研究[J]. 金泽枫,金杨福,周密,马学所,周庭震,钱欣. 塑料工业. 2016(02)
[3]快速成形中层片填充路径的优化处理[J]. 陈青果,刘超颖,张君彩,徐安平. 煤矿机械. 2008(10)
[4]雾化喷嘴及其设计浅析[J]. 王晓倩,张德生,赵继云,张子荣. 煤矿机械. 2008(03)
[5]喷嘴研究发展概述[J]. 张敏健. 电站系统工程. 2008(01)
[6]快速成型技术中的分区扫描路径产生算法[J]. 黄雪梅,牛宗伟,董小娟. 机械设计与研究. 2007(01)
[7]快速制造技术的最新进展及其发展趋势[J]. 颜永年,林峰,张人佶,吴任东,卢清萍,熊卓,王小红. 电加工与模具. 2006(S1)
[8]气压式熔融沉积造型系统工艺参数研究[J]. 陈中中,黄昆. 制造技术与机床. 2003(07)
[9]用于人工骨制造的新型快速成型系统的开发及其工艺参数研究[J]. 陈中中,李涤尘,卢秉恒. 机床与液压. 2003(03)
[10]FDM工艺精度分析与正交试验设计[J]. 邹国林,贾振元,郭东明,赵福令. 电加工与模具. 2001(04)
本文编号：3622822
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